基于PLC和PID的恒壓供水系統(tǒng)

鄭勇

摘?要：針對城鎮(zhèn)供水水壓時常變化的特點，設(shè)計了一種基于PLC和PID的恒壓供水系統(tǒng)。系統(tǒng)以可編程控制器為核心，系統(tǒng)不斷采集供水系統(tǒng)各類傳感器數(shù)據(jù)，采用PID控制器消除偏差，自動調(diào)整水泵機組的工作頻率和運行數(shù)量，通過閉環(huán)控制實現(xiàn)恒壓供水。

關(guān)鍵詞：PLC;PID;恒壓;供水

中圖分類號：TP273???????????文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Constant?pressure?water?supply?system?based?on?PLC?and?PID

Zheng?Yong

Huainan?Capital?Water?Co.，Ltd.??AnhuiHuainan???232001

Abstract：?Aiming?at?the?frequent?changes?of?urban?water?supply?pressure，?a?constant?pressure?water?supply?system?based?on?PLC?and?PID?is?designed.?The?system?takes?the?programmable?controller?as?the?core.?The?system?continuously?collects?various?sensor?data?of?the?water?supply?system，?uses?PID?controller?to?eliminate?deviation，?automatically?adjusts?the?working?frequency?and?running?quantity?of?the?pump?unit，?and?realizes?constant?pressure?water?supply?through?closed-loop?control.

Key?words：?PLC;PID;constant?pressure;water?supply

現(xiàn)代社會經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，水作為生命之源，高層建筑、居民小區(qū)、工業(yè)生產(chǎn)等諸多單位對水資源有著大量需求。目前，我們的供水系統(tǒng)自動化程度仍然偏低，一方面供水效率低下，容易造成大量浪費，另外一方面生活及工業(yè)用水呈現(xiàn)很強的時段波動性，對供水管網(wǎng)壓力造成很大的變動。用水高峰時段，用水終端的供水量普遍低于實際需求量，管網(wǎng)壓力下降，用水體驗極差，與人們追求高質(zhì)量的生活生產(chǎn)水平期望不符，若二次加壓過大，又極為容易造成水管炸裂和設(shè)備損壞。因此，設(shè)計并實現(xiàn)高效穩(wěn)定的恒壓供水系統(tǒng)有著重大的社會和經(jīng)濟(jì)意義。本文提出一種基于PLC和PID的恒壓供水系統(tǒng)，以PLC為控制核心，將傳感器、水泵機組等構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)，不斷采集供水管網(wǎng)壓力數(shù)據(jù)，利用PID控制器消除偏差，從而達(dá)到動態(tài)的恒壓供水效果。

1?恒壓供水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)控制器選用西門子S7-226，其內(nèi)部含有PID控制器，可以自動控制并且具有人機通信模塊，便于操作。變頻器采用西門子MM440變頻器，壓力傳感器選用MEAS-US5100。系統(tǒng)還包括水泵機組、液位變送器以及報警反饋裝置等。系統(tǒng)的主要工作原理是在閉環(huán)PID裝置隨時接受壓力傳感器和液位變送器等各種傳感裝置所提供的變化參數(shù)的同時，系統(tǒng)根據(jù)相應(yīng)變化數(shù)據(jù)傳遞給變頻器相應(yīng)信號，從而按照要求控制水泵機組具體工作，保證其能持續(xù)不間斷工作從而維持供水壓力的恒定，滿足用水需求。與此同時，要求系統(tǒng)能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行儲存的傳輸、對故障問題能及時監(jiān)控和警報，保證供水的安全高效。

圖1?控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

恒壓供水控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，分為三個部分：

1. 供水部分：供水部分負(fù)責(zé)根據(jù)需求直接輸送水到用戶環(huán)節(jié)，其主要由水泵機組以及供水管道構(gòu)成：水泵機組包括三個變頻水泵，若只有一臺水泵工作，則這臺水泵要求工作在變頻工作狀態(tài)下;若幾臺水泵同時工作，我們設(shè)計只有一臺水泵電機是在工作于變頻狀態(tài)。
2. 中央指令部分：為了使系統(tǒng)控制更加方便，將中央指令部分都集成在一個控制柜中，其中硬件部分主要包括PLC、PID控制器以及變頻器，它是整個供水系統(tǒng)的核心。
3. 信息傳遞與反饋部分：信息反饋部分主要是由傳感器和負(fù)反饋系統(tǒng)組成，各類傳感器對水壓，水位以及問題故障進(jìn)行實時監(jiān)測的同時將信號傳遞給中央控制柜。

2?恒壓供水系統(tǒng)電路控制及接線設(shè)計

2.1?系統(tǒng)主電路的設(shè)計

系統(tǒng)主電路如圖4-2所示：其中QS為三相電源與三臺電機水泵之間的隔離開關(guān)。高溫熔斷器FU作為主要的保護(hù)裝置，防止短路。為了避免電機過載而被燒壞，F(xiàn)R作為一種熱繼電器被設(shè)計在電路中保護(hù)水泵機組。KM1、KM3、KM5負(fù)責(zé)控制電機工頻運行電網(wǎng)上KM2、KM4、KM6則是電機變頻運行的控制方式。